CN216716299U - 一种燃气轮机低排放旋流燃烧器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃气轮机低排放旋流燃烧器，包括中空且同轴设置的内锥和外锥，内锥与外锥之间设有多个旋流叶片；内锥壁上设有多个贯穿内锥壁的内锥燃料喷孔通道，内锥壁上还设有环形叶片燃料喷孔通道，各旋流叶片上均设有多个叶片燃料喷孔，各叶片燃料喷孔均与叶片燃料喷孔通道连通；内锥与外锥之间的空腔形成空气通道。该燃烧器的燃料喷嘴为两级设计，一级为燃烧器内锥壁上的内锥燃料喷孔通道，在低负荷时燃料通过多个内锥燃料喷孔通道由内锥内腔向外喷出，既能稳定火焰也能控制排放，另一级为旋流叶片上的叶片燃料喷孔，在高负荷时燃料通过叶片燃料喷孔喷出，在强旋流作用下与空气混合并燃烧，能降低NOx的排放。

Description

一种燃气轮机低排放旋流燃烧器

技术领域

本实用新型属于燃气轮机燃烧技术领域，具体涉及一种燃气轮机低排放旋流燃烧器。

背景技术

随着燃气轮机性能参数的提高，燃气轮机在满负荷时可能出现NOx排放过高的情况，为满足日益严格的排放法规要求，需要设计一种适用于燃气轮机的低排放燃烧器。

中国专利CN1280578C公开了一种预混燃烧器，设置分布装置，以便使燃烧空气的气团流在环形空气通路的径向上成形，从而产生用以稳定燃烧的径向可变燃料/空气混合物。该专利中仅有一路燃料通道，无法实现多路分级控制，运行灵活性相对较差。

中国专利CN102345881B公开了一种燃气轮机的预混合燃烧器，在所述涡旋叶片的外周侧末端表面与所述燃烧器管的内周表面之间设置间隙，以通过泄漏流的作用产生旋涡空气流，促进燃料与空气的混合。该专利中也仅有一路燃料通道，无法实现多路分级控制，运行灵活性相对较差。

中国专利CN101080596B公开了一种燃气轮机燃烧室，设计控制***和单独的阀门对每个涡旋叶片的燃料供应进行单独控制和供给，以满足燃气轮机满载荷状态和部分载荷状态的同时，每个涡旋叶片附近的燃料和空气的比例可以进行调节，通过控制不同喷嘴来达到不同运行工况下的要求。该专利涉及的控制***极其复杂，每路均需单独控制，该设计工程实现难度大、成本高。

实用新型内容

本实用新型提供一种燃气轮机低排放旋流燃烧器，该燃烧器的燃料喷嘴为两级设计，运行灵活性高，一级为燃烧器内锥壁上的内锥燃料喷孔通道，在低负荷时燃料通过多个内锥燃料喷孔通道由内锥内腔向外喷出，既能稳定火焰也能有效控制排放，另一级为旋流叶片上的叶片燃料喷孔，在高负荷时燃料通过多个叶片燃料喷孔喷出，在强旋流的作用下，与空气进行混合并燃烧，具有大幅度降低NOx排放的效果。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种燃气轮机低排放旋流燃烧器，包括中空且同轴设置的内锥和外锥，所述内锥与外锥之间设有多个旋流叶片；所述内锥壁上设有多个贯穿内锥壁的内锥燃料喷孔通道，所述内锥壁上还设有环形叶片燃料喷孔通道，各所述旋流叶片上均设有多个叶片燃料喷孔，各所述叶片燃料喷孔均与所述叶片燃料喷孔通道连通；所述内锥与外锥之间的空腔形成空气通道。

进一步地，多个所述旋流叶片固定设置在所述内锥小径端与所述外锥内侧面之间。

进一步地，多个所述旋流叶片均匀分布于所述内锥与外锥之间。

进一步地，所述旋流叶片前缘弯曲设置在所述外锥的大径侧，所述旋流叶片尾缘处于所述外锥的小径侧且与所述外锥的小径端间隔一定距离。

进一步地，所述内锥燃料喷孔通道沿所述内锥的轴向布置有多排。

进一步地，每排的多个所述内锥燃料喷孔通道沿所述内锥的周向均匀布置。

进一步地，多个所述叶片燃料喷孔均匀分布在所述旋流叶片前缘的压力面和吸力面两侧。

进一步地，多个所述叶片燃料喷孔不均匀分布在所述旋流叶片前缘的压力面和吸力面两侧。

一种燃气轮机低排放旋流燃烧器的运行方法，包括：

燃气轮机在低负荷时，燃料通过多个所述内锥燃料喷孔通道由所述内锥内腔向外喷出，并与进入所述内锥与外锥之间的空腔内的空气进行燃烧；

燃气轮机在高负荷时，燃料通过所述叶片燃料喷孔通道，并从各所述叶片燃料喷孔喷出，与空气混合形成混合气并喷入燃烧室进行燃烧。

进一步地，高负荷时，从各所述叶片燃料喷孔喷出的燃料与进入内锥和外锥之间的空腔内的空气混合，形成的混合物旋流喷入燃烧室进行燃烧。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果为：

本实用新型的燃气轮机低排放旋流燃烧器，包括中空且同轴设置的内锥和外锥，内锥与外锥之间设有多个旋流叶片，内锥壁上设有多个贯穿内锥壁的内锥燃料喷孔通道，内锥壁上还设有环形叶片燃料喷孔通道，各旋流叶片上均设有多个叶片燃料喷孔，各叶片燃料喷孔均与叶片燃料喷孔通道连通，内锥与外锥之间的空腔形成空气通道，该燃烧器的燃料喷嘴为两级设计，运行灵活性高，能针对不同燃气轮机负荷的燃烧工况进行灵活调整，一级为燃烧器内锥壁上的内锥燃料喷孔通道，在低负荷时燃料通过多个内锥燃料喷孔通道由内锥内腔向外喷出，并与进入内锥与外锥之间的空腔内的空气进行部分预混燃烧，既能稳定火焰也能有效控制排放，增加低负荷的燃烧稳定性，另一级为旋流叶片上的叶片燃料喷孔，在高负荷时燃料通过多个叶片燃料喷孔喷出，旋流叶片可以使均匀混合的燃料和空气的混合物以一定的旋流强度喷入燃烧室，在强烈的旋流作用下，燃料与空气进行预混再燃烧，能提高燃料的稳定性和燃烧效率，避免出现回火和燃烧不稳定情况，该设计能降低燃料的局部浓度，从而降低NOx的排放；

本实用新型中，旋流叶片为多个，多个旋流叶片均匀分布于内锥与外锥之间，这样能确保周向的燃料浓度均匀，进而能控制NOx的排放；

本实用新型中，旋流叶片前缘弯曲设置在外锥的大径侧，这样旋流叶片的型线为抛物线，旋流叶片前缘出口角度较大，能确保一定的高旋流，进而能提高燃烧稳定性；

本实用新型中，旋流叶片尾缘处于外锥的小径侧且与外锥的小径端间隔一定距离，这样能起到降低内外火焰的干涉作用，以改变旋流燃烧器火焰的延迟时间，从而提高声学稳定性。

综上，本实用新型的旋流燃烧器增加了燃气轮机在变负荷时的灵活性，使得机组在不同负荷下能够始终保持良好的低排放性能和燃烧稳定性。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图。

图中附图标记说明：1、内锥，2、外锥，3、旋流叶片，4、内锥燃料喷孔通道，5、叶片燃料喷孔通道，6、叶片燃料喷孔，7、旋流叶片前缘，8、旋流叶片尾缘。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1所示，一种燃气轮机低排放旋流燃烧器，包括中空且同轴设置的内锥1和外锥2，内锥1小径端与外锥2内侧面之间固定设置有多个旋流叶片3；内锥1壁上设有多个贯穿内锥1壁的内锥燃料喷孔通道4，内锥燃料喷孔通道4沿内锥1的轴向布置有多排，每排的多个内锥燃料喷孔通道4沿内锥1的周向均匀布置，内锥1壁上还设有环形叶片燃料喷孔通道5，各旋流叶片3上均设有多个叶片燃料喷孔6，各叶片燃料喷孔6均与叶片燃料喷孔通道5连通；内锥1与外锥2之间的空腔形成空气通道。

其中，多个旋流叶片3均匀分布于内锥1与外锥2之间，多个叶片燃料喷孔6均匀分布在旋流叶片前缘7的压力面和吸力面两侧，这样能确保周向的燃料浓度均匀，进而能控制NOx的排放。

其中，旋流叶片前缘7弯曲设置在外锥2的大径侧，这样旋流叶片3的型线为抛物线，旋流叶片前缘7出口角度较大，能确保一定的高旋流，进而能提高燃烧稳定性。

其中，旋流叶片尾缘8处于外锥2的小径侧且与外锥2的小径端间隔一定距离，这样外锥2长度有所增加，能起到降低内外火焰的干涉作用，进而改变旋流燃烧器火焰的延迟时间，以提高燃烧稳定性，在燃烧稳定的情况下可以尝试更少的燃料流量，在降低NOx排放的同时能够保证不发生振荡情况，进而能增加机组运行裕度。

一种燃气轮机低排放旋流燃烧器的运行方法，包括：

燃气轮机在低负荷时，燃料通过多个内锥燃料喷孔通道4由内锥1内腔向外喷出，并与进入内锥1与外锥2之间的空腔内的空气进行燃烧；

燃气轮机在高负荷时，燃料通过叶片燃料喷孔通道5，并从各叶片燃料喷孔6喷出，与进入内锥1和外锥2之间的空腔内的空气混合，形成的混合物旋流喷入燃烧室进行燃烧。

本实用新型的燃烧器将燃料分为两路供入，低负荷时，燃料通过多个内锥燃料喷孔通道4由内锥1内腔向外喷出，并与进入内锥1与外锥2之间的空腔内的空气进行部分预混燃烧，增加低负荷的燃烧稳定性，高负荷时，燃料通过多个叶片燃料喷孔6喷出，在强烈的旋流作用下，与进入内锥1和外锥2之间的空腔内的空气进行预混并进行燃烧，这种结构设计增加了燃气轮机在变负荷时的灵活性，使得机组在不同负荷下能够始终保持良好的低排放性能和燃烧稳定性。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种燃气轮机低排放旋流燃烧器，其特征在于：包括中空且同轴设置的内锥(1)和外锥(2)，所述内锥(1)与外锥(2)之间设有多个旋流叶片(3)；所述内锥(1)壁上设有多个贯穿内锥(1)壁的内锥燃料喷孔通道(4)，所述内锥(1)壁上还设有环形叶片燃料喷孔通道(5)，各所述旋流叶片(3)上均设有多个叶片燃料喷孔(6)，各所述叶片燃料喷孔(6)均与所述叶片燃料喷孔通道(5)连通；所述内锥(1)与外锥(2)之间的空腔形成空气通道。

2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机低排放旋流燃烧器，其特征在于：多个所述旋流叶片(3)固定设置在所述内锥(1)小径端与所述外锥(2)内侧面之间。

3.根据权利要求2所述的一种燃气轮机低排放旋流燃烧器，其特征在于：多个所述旋流叶片(3)均匀分布于所述内锥(1)与外锥(2)之间。

4.根据权利要求2所述的一种燃气轮机低排放旋流燃烧器，其特征在于：所述旋流叶片前缘(7)弯曲设置在所述外锥(2)的大径侧，所述旋流叶片尾缘(8)处于所述外锥(2)的小径侧且与所述外锥(2)的小径端间隔一定距离。

5.根据权利要求2所述的一种燃气轮机低排放旋流燃烧器，其特征在于：所述内锥燃料喷孔通道(4)沿所述内锥(1)的轴向布置有多排。

6.根据权利要求5所述的一种燃气轮机低排放旋流燃烧器，其特征在于：每排的多个所述内锥燃料喷孔通道(4)沿所述内锥(1)的周向均匀布置。

7.根据权利要求2所述的一种燃气轮机低排放旋流燃烧器，其特征在于：多个所述叶片燃料喷孔(6)均匀分布在所述旋流叶片前缘(7)的压力面和吸力面两侧。

8.根据权利要求2所述的一种燃气轮机低排放旋流燃烧器，其特征在于：多个所述叶片燃料喷孔(6)不均匀分布在所述旋流叶片前缘(7)的压力面和吸力面两侧。

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